Abstract There is need for effective and affordable vaccines against SARS-CoV-2 to tackle the ongoing pandemic. In this study, we describe a protein nanoparticle vaccine against SARS-CoV-2. The vaccine is based on the display of coronavirus spike glycoprotein receptor-binding domain (RBD) on a synthetic virus-like particle (VLP) platform, SpyCatcher003-mi3, using SpyTag/SpyCatcher technology. Low doses of RBD-SpyVLP in a prime-boost regimen induce a strong neutralising antibody response in mice and pigs that is superior to convalescent human sera. We evaluate antibody quality using ACE2 blocking and neutralisation of cell infection by pseudovirus or wild-type SARS-CoV-2. Using competition assays with a monoclonal antibody panel, we show that RBD-SpyVLP induces a polyclonal antibody response that recognises key epitopes on the RBD, reducing the likelihood of selecting neutralisation-escape mutants. Moreover, RBD-SpyVLP is thermostable and can be lyophilised without losing immunogenicity, to facilitate global distribution and reduce cold-chain dependence. The data suggests that RBD-SpyVLP provides strong potential to address clinical and logistic challenges of the COVID-19 pandemic.

SARS Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) emerged in late 2019, leading to the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) pandemic that continues to cause significant global mortality in human populations. Given its sequence similarity to SARS-CoV, as well as related coronaviruses circulating in bats, SARS-CoV-2 is thought to have originated in Chiroptera species in China. However, whether the virus spread directly to humans or through an intermediate host is currently unclear, as is the potential for this virus to infect companion animals, livestock, and wildlife that could act as viral reservoirs. Using a combination of surrogate entry assays and live virus, we demonstrate that, in addition to human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), the Spike glycoprotein of SARS-CoV-2 has a broad host tropism for mammalian ACE2 receptors, despite divergence in the amino acids at the Spike receptor binding site on these proteins. Of the 22 different hosts we investigated, ACE2 proteins from dog, cat, and cattle were the most permissive to SARS-CoV-2, while bat and bird ACE2 proteins were the least efficiently used receptors. The absence of a significant tropism for any of the 3 genetically distinct bat ACE2 proteins we examined indicates that SARS-CoV-2 receptor usage likely shifted during zoonotic transmission from bats into people, possibly in an intermediate reservoir. Comparison of SARS-CoV-2 receptor usage to the related coronaviruses SARS-CoV and RaTG13 identified distinct tropisms, with the 2 human viruses being more closely aligned. Finally, using bioinformatics, structural data, and targeted mutagenesis, we identified amino acid residues within the Spike–ACE2 interface, which may have played a pivotal role in the emergence of SARS-CoV-2 in humans. The apparently broad tropism of SARS-CoV-2 at the point of viral entry confirms the potential risk of infection to a wide range of companion animals, livestock, and wildlife.

ABSTRACT There is dire need for an effective and affordable vaccine against SARS-CoV-2 to tackle the ongoing pandemic. In this study, we describe a modular virus-like particle vaccine candidate displaying the SARS-CoV-2 spike glycoprotein receptor-binding domain (RBD) using SpyTag/SpyCatcher technology (RBD-SpyVLP). Low doses of RBD-SpyVLP in a prime-boost regimen induced a strong neutralising antibody response in mice and pigs that was superior to convalescent human sera. We evaluated antibody quality using ACE2 blocking and neutralisation of cell infection by pseudovirus or wild-type SARS-CoV-2. Using competition assays with a monoclonal antibody panel, we showed that RBD-SpyVLP induced a polyclonal antibody response that recognised all key epitopes on the RBD, reducing the likelihood of selecting neutralisation-escape mutants. The induction of potent and polyclonal antibody responses by RBD-SpyVLP provides strong potential to address clinical and logistic challenges of the COVID-19 pandemic. Moreover, RBD-SpyVLP is highly resilient, thermostable and can be lyophilised without losing immunogenicity, to facilitate global distribution and reduce cold-chain dependence.

Abstract SARS-CoV-2 emerged in late 2019, leading to the COVID-19 pandemic that continues to cause significant global mortality in human populations. Given its sequence similarity to SARS-CoV, as well as related coronaviruses circulating in bats, SARS-CoV-2 is thought to have originated in Chiroptera species in China. However, whether the virus spread directly to humans or through an intermediate host is currently unclear, as is the potential for this virus to infect companion animals, livestock and wildlife that could act as viral reservoirs. Using a combination of surrogate entry assays and live virus we demonstrate that, in addition to human ACE2, the Spike glycoprotein of SARS-CoV-2 has a broad host tropism for mammalian ACE2 receptors, despite divergence in the amino acids at the Spike receptor binding site on these proteins. Of the twenty-two different hosts we investigated, ACE2 proteins from dog, cat and rabbit were the most permissive to SARS-CoV-2, while bat and bird ACE2 proteins were the least efficiently used receptors. The absence of a significant tropism for any of the three genetically distinct bat ACE2 proteins we examined indicates that SARS-CoV-2 receptor usage likely shifted during zoonotic transmission from bats into people, possibly in an intermediate reservoir. Interestingly, while SARS-CoV-2 pseudoparticle entry was inefficient in cells bearing the ACE2 receptor from bats or birds the live virus was still able to enter these cells, albeit with markedly lower efficiency. The apparently broad tropism of SARS-CoV-2 at the point of viral entry confirms the potential risk of infection to a wide range of companion animals, livestock and wildlife.

Abstract Clinical development of the COVID-19 vaccine candidate ChAdOx1 nCoV-19, a replication-deficient simian adenoviral vector expressing the full-length SARS-CoV-2 spike (S) protein was initiated in April 2020 following non-human primate studies using a single immunisation. Here, we compared the immunogenicity of one or two doses of ChAdOx1 nCoV-19 in both mice and pigs. Whilst a single dose induced antigen-specific antibody and T cells responses, a booster immunisation enhanced antibody responses, particularly in pigs, with a significant increase in SARS-CoV-2 neutralising titres.

Abstract The poxvirus lumpy skin disease virus (LSDV) is the etiological agent of lumpy skin disease (LSD), a severe disease of cattle and water buffalo that is characterised by numerous necrotic cutaneous nodules. LSD is a rapidly emerging disease, spreading into and across the Middle East, eastern Europe, and Asia in the past decade. The disease causes substantial production and economic losses in rural communities and affected regions. LSDV is mechanically transmitted by haematophagous arthropods including stable flies ( Stomoxys calcitrans ), however our understanding of this mechanical transmission method is sparse. A secreted saliva collection methodology using a modified artificial membrane feeding system was optimised for S. calcitrans and used to collect and characterise secreted S. calcitrans saliva. Saliva was mixed with LSDV and shown not to affect virus growth in primary bovine fibroblasts. S. calcitrans saliva or spot-feeding by S. calcitrans was then incorporated into a bovine in vivo experimental model of LSD to determine if either influenced disease pathogenesis. S. calcitrans saliva resulted in fewer animals developing disease, however this difference was not statistically significant. Spot-feeding with S. calcitrans prior to inoculation did not alter the number of animals that developed disease or the overall severity of disease however disease progression was accelerated as demonstrated by the appearance of cutaneous nodules, detection of viral DNA in the blood stream, and production of neutralising antibodies. This shows that S. calcitrans influence disease kinetics through co-incident bite trauma and/or saliva deposition. This increases our understanding of LSDV pathogenesis and highlights the overlooked importance of mechanical vectors in pathogen transmission. Author summary Insect vectors are important conduits for the transmission of pathogens that cause diseases such as Zika, dengue, malaria, and lumpy skin disease. Biological vector-borne transmission incorporates a replication phase for the pathogen in the insect, whereas no replication occurs in the vector during mechanical transmission. When the insect bites the host it inoculates a pathogen whilst also delivering arthropod-derived factors such as saliva components and causing tissue trauma through biting and probing. Arthropod saliva and/or bite trauma have been shown to enhance the speed and severity of disease following inoculation with a range of biologically transmitted viruses. This study examined if this was true also for the mechanically transmitted pathogen lumpy skin disease virus (LSDV). LSDV is a neglected pathogen that causes severe systemic disease in cattle and is transmitted mechanically by the stable fly Stomoxys calcitrans . Using an experimental bovine model of LSD, we found that disease occurred more rapidly when virus was delivered in association with the bites of uninfected flies. This work has increased our knowledge of lumpy skin disease virus transmission, and the discovery that disease outcome can be impacted by previously overlooked mechanical insect vectors should prompt further investigation into this mechanism of transmission.